기대와 위기감이 높아지는 이유

양자컴퓨터에 대한 열기가 고조되고 있다. 해외에서는 아직 실용성이 없는 양자컴퓨터를 개발·판매하는 스타트업들이 잇달아 주식 상장을 시작. 일본을 포함해 전세계적으로 양자컴퓨터의 성능을 모색하는 검증이 추진되고 있다.

이런 열기의 배경에는 무엇이 있을까? 기업은 양자컴퓨터에 대해 어떻게 대처해야 할까？ 일본의 전략은 어떠해야 할까? 이러한 의문점들을 바탕으로 양자컴퓨터의 최신 동향을 취재했다.

Part 1. 미숙한 하드웨어에 자금 투입
양자에 대한 열광은 진짜일까?

현재 개발 중인 양자컴퓨터는 모두 실용 영역과는 거리가 멀다. 그럼에도 불구하고 미국에서는 스타트업 기업들의 주식 상장이 잇따르고 있으며, 기업들의 성능 검증도 활발하다. 그렇다면 이러한 열광의 배경에는 무엇이 있을까?

 양자컴퓨터를 개발하는 스타트업 기업으로서는 처음으로 주식 상장을 완수한 곳은 이온 트랩 방식의 하드웨어를 개발하는 미국의 이온Q이다. 이온Q는 2021년 10월, 특별목적매수회사(SPAC)와의 통합을 통해 뉴욕증권거래소(NYSE)에 상장했는데, 4월 13일 시점의 주식시가총액은 22억 5,000만달러(약 2,820억엔)에 달한다.

만능 AI가 지향하는 궁극적 모델

구글이 수 년에 걸쳐 개발을 추진해온 만능 AI(인공지능) '패스웨이즈'의 실력이 드디어 공개되었다. 패스웨이즈는 1개의 기계학습 모델이 최대 수백만 종류의 태스크에 대응할 수 있는 '만능' 또는 '범용' AI이다. 기존의 AI는 1개의 모델이 1종류의 태스크 전용임에도 불구하고, 범용인 패스웨이즈의 태스크 처리 성능은 기존의 AI보다 앞선다. 놀라운 위력이다.

구글은 4월 4일(미국 시간), 자연어 처리에 관한 여러 종류의 태스크를 처리할 수 있는 'Pathways Language Model(PaLM)'을 발표했다. 자연언어를 통한 질문 응답과 문장 생성 등을 할 수 있는 언어모델로 불리는 AI를 패스웨이즈로 구현했다. 언어모델은 최근 BERT와 GPT-3 등이 성과를 거두면서 주목 받고 있다.

1모델 1태스크 전용인 기존의 언어모델로 다른 태스크를 처리하기 위해서는 그것에 맞게 기계학습 모델을 다시 트레이닝(훈련)시켜야 할 필요가 있었다. 반면 PaLM은 하나의 기계학습 모델로 질문 응답이나 문서 생성, 다단계의 논리적인 사고, 번역, 소스 코드의 생성?수정, 더 나아가 농담 해석과 같은 다양한 태스크를 처리할 수 있다. 하나의 모델로 영어뿐만 아니라 다중언어 태스크에도 대응할 수 있다.

 구글은 PaLM 훈련에 7,800억 단어(토큰)로 구성된 문장을 사용했다. 이것들은 웹 페이지나 서적, 위키피디아, 뉴스 기사, 소스 코드, 소셜 미디어 상에서의 대화 등을 통해 수집한 것이다. 이 가운데 서적과 뉴스 기사는 영어뿐이지만, 그 외에는 다중언어 문장이 포함된다.

마찰계수 없이 회전의 초기 미끄러짐 검출 기술

소니 그룹이 로봇 기술을 적극적으로 개발하고 있다. 본지가 2021년 12월호에서 소개했듯이, 2021년 9월에는 신형 액추에이터를 채용한 4족 로봇 ‘Tachyon(타키온)’을 발표했다. 그리고 이번에는 신형 메니플레이션(Manipulation) 기술을 소개했다. 마찰계수나 질량, 영률(Young’s modulus) 등 대상물에 대한 사전 정보가 전무해도 적절한 힘으로 집을 수 있는 기술이다.

그리퍼 전용으로 독자적인 촉각 센서를 개발, 그 센서에서 얻은 정보를 바탕으로 평행 그리퍼의 파지력을 적응적으로 제어한다. 시연에서는 장미꽃이나 에클레어 등 모양이 쉽게 변형되는 섬세하고 부드러운 물체에 대한 사전정보 없이 모양을 망가뜨리지 않고 파지할 수 있다는 것을 보였다.

현재, 로봇에서의 메니플레이션은 흡인형 핸드로 시행하는 경우가 많다. 제조 현장에서의 수송, 물류 현장에서의 피킹 등 대부분이 흡인형 핸드다. 다만 흡인형 핸드로는 다루기 어려운 물체는 많다.

 표면에 요철이 있는 것, 공기압이 빠져버리는 그물 같은 모양의 것, 형태가 정해져 있지 않은 것, 흡인하면 파손돼버리는 섬세한 물체 등이다. 식품 등이 그 대표적인 예다. 이러한 물건을 다루는 현장에 앞으로 로봇을 더 많이 보급시키기 위해서는 그리퍼를 이용한 파지 기술의 향상이 필요하다.ㅁ

세계적으로 개발 활성화

최근 근전 의수의 진화가 눈부시다. 근전 의수는 근육에서 발생하는 미세한 전위(근전위)를 사용해 동작을 제어하는 전동 의수이다. 인공지능(AI)의 일종인 ‘패턴 인식’을 제어에 활용한 근전 의수의 등장으로 복잡한 손의 움직임을 단기간의 훈련을 통해 습득할 수 있게 되었다. 몸의 기능을 추가하는 ‘신체 확장’으로 이어지는 개발이 추진되고 있다

의지(義肢) 등의 보장구 분야에서 세계 최대 시장 점유율을 가지고 있는 독일의 오토복(Ottobock)은 근전 의수의 다양한 움직임을 실현하는 새로운 제어 시스템 ‘마이오플러스(Myo Plus)’를 개발했다. 사용자의 팔 근육 활동을 통해 주먹을 쥐고 펴고, 팔목을 비트는 등의 여러 동작이 가능하게 된다. 시스템을 구성하는 부품은 일본 후생노동성의 승인을 받아 올 4월, 보장구 등 완성용 부품으로 등록되었다.

이 새로운 제어 시스템은 아래팔에 장착된 8개의 힘줄 전위 센서로부터 얻은 근전 위 패턴을 사용해 근전 의수를 제어한다. 예를 들어, 주먹을 쥐기 위해 아래팔에 힘을 넣었을 때의 근전위 패턴과 의수의 쥐는 움직임을 한데 묶어 기억하도록 한다. 복수의 움직임 패턴을 기억하도록 하면 사용자의 자연스러운 감각으로 근전 의수를 움직일 수 있게 된다.

 기존의 오토복의 근전 의수는 2개의 근전위 센서로부터 얻은 전위의 크기로 근전 의수의 움직임을 제어했기 때문에 사용이 어려웠다. 

다이세이건설, 아이신과 공동개발 계약 체결

다이세이건설은 4월 1일, 자동차부품기업 아이신과 탈탄소 콘크리트에 관한 공동개발 계약을 체결했다고 밝혔다. 아이신은 아미노산을 이용해 배기가스에 포함된 이산화탄소(CO₂)를 탄산칼슘으로서 고정화하는 기술을 보유하고 있다.

이 기술을 다이세이건설이 개발한 탈탄소 콘크리트 ‘T-eConcrete/Carbon-Recycle’에 적용해, 콘크리트 제조 과정에서의 CO₂ 배출량 수지를 마이너스로 만든다. 30년 무렵까지 실용화하는 것을 목표로 한다.

이 콘크리트는 시멘트를 고로슬래그로 치환한 뒤 탄산칼슘을 투입해 m3당 45~116kg의 CO₂를 대기 중에서 줄일 수 있다. 다이세이건설은 지금까지 석회석을 소성할 때 방출되는 CO₂를 이용해 탄산칼슘을 만들었다. 배기가스 등에 포함된 CO₂를 원료로 한 탄산칼슘을 구하기 어려웠기 때문이다.

 그래서 주목한 것이 아이신의 특허 기술이었다. 일반적으로 유통되고 있는 아미노산 수용액에 산업 부산물을 녹여 칼슘을 고효율로 추출한다. 거기에 배기가스 등에 포함된 CO₂를 불어넣음으로써 탄산칼슘으로서 고착화해서 석출시킨다. 온도 조절이나 CO₂ 농축과 같은 화학처리가 필요 없고, 아미노산 수용액을 반복 사용할 수 있는 것이 장점이다.

과학기술의 발전으로 인류는 활동 영역을 조금씩 넓혀왔다. 우주나 심해 등 일반적으로 사람이 가기 어려운 세계에서는 사람을 대신해 주변 환경을 파악하는 계측기기와 그 자리에서 정보를 처리하는 컴퓨터, 원격지와 통신하는 장치 등이 반드시 필요하다.

특히 극단적인 온도나 고압, 고방사선 환경 등 가혹한 환경에서 동작하는 장치에는 통상적인 전자기기와는 다른 차원의 신뢰성과 내환경성, 설계수단이 요구된다. 하지만, 특수한 영역이기 때문에 구체적인 성능 사양이나 기술 자체는 일반 연구자나 기술자가 접하기 쉽지 않다.

이러한 배경 하에 전자정보통신학회는 극한 환경에서 동작하는 전자기기에 대한 이해를 높이는 대응으로서 심포지엄(2021년 소사이어티대회 ‘AI-1 극한 환경의 계측을 지원하는 회로와 시스템 기술’)을 개최해 호평을 받았다.

 이번 소특집에서는 심포지엄 참가자들뿐만 아니라 새로운 저자들이 기획 참여, 각종 극한환경에서 이용되는 전자기기에 대한 과제와 시스템?회로?디바이스 기술에 대해 소개해주었다.

개발 테크닉의 신조류

DX(Digital Transformation)의 기운이 높아지고 있는 가운데, 일본에서도 ‘마이크로 서비스’와 ‘컨테이너’가 주목을 받고 있다. DX를 추진하기위해 ‘최신 IT 기반’에서는 고객의 니즈와 비즈니스 환경 변화에 따라 재빠르게 시스템을 변화시킬 필요가 있다.

변화에 강한 유연성을 시스템에 갖추기 위해서는, 작은 서비스를 유기적으로 연계해 나가는 마이크로 서비스 아키텍처가 최적이다. 또한 그러한 서비스를 잘 운용되게 하는 환경으로 컨테이너가 필요하다.

본서는 마이크로 서비스와 컨테이너란 무엇인지의 기초적인 지식에서 활용하는 노하우까지 폭넓게 해설한다. 최근에 존재감을 증대시켜 온 컨테이너 관리 툴 ’Kubernetes’나 서비스 메슈와 같은 최신 IT를 이해할 뿐만 아니라 클라우드나 DevOps와 같은 관련 IT를 포함한 실천정보를 얻을 수 있는 것이 큰 특징입니다.

 이미 마이크로 서비스나 컨테이너를 활용하는 사용자의 사례에서는, 이용현장에서 얻을 수 있는 리얼한 주의점을 배울 수 있다. 네트워크 기업에서 도입이 선행된 마이크로 서비스와 컨테이너이지만, 일반기업에서도 천천히 확대되어 왔다.